Language and the Brain, 1924-2014 Developments in Neurology/ - PowerPoint PPT Presentation

Language and the Brain, 1924-2014 Developments in Neurology/ Neuroscience, Linguistics, and Psycholinguistics Lise ¡Menn, ¡University ¡of ¡Colorado ¡ Ma4hew ¡Goldrick, ¡Northwestern ¡University ¡

1924: Disciplines isolated, language data only via M.D.’s descriptions Neurology: Best available analogy for brain • function was telephone switchboard. Understood that information is relayed from some parts of brain to other parts, but no clue about nature of the sources of that information. Linguistics: not in the picture – no corpora! • Recording devices clumsy, used by ethnomusicologists but by few other scientists (c.f. Bloomfield, via Keating; also what Barbara Partee said about semantics). Psychology: Stimulus-response • behaviorism beginning to dominate (cf. Bever!); introspection discredited (and not much help anyway) 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 2 ¡

Neurology: Trying to link brain damage to behavior change Time lag: brain injuries mapped at autopsy • had to be compared to descriptions of language behavior, possibly from years earlier. – during that time, the brain damage could have partly healed, or gotten worse • The ¡only ¡ in ¡vivo ¡evidence ¡for ¡ locaGon ¡of ¡brain ¡damage ¡came ¡from ¡ figuring ¡the ¡trajectories ¡of ¡ penetraGng ¡brain ¡wounds ¡ ¡ • or ¡from ¡noGng ¡damage ¡to ¡sensory ¡ and ¡motor ¡abiliGes ¡(the ¡motor ¡and ¡ sensory ¡cortex ¡had ¡been ¡fairly ¡well ¡ mapped ¡by ¡1924). ¡ 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 3 ¡

The most comprehensible theorists were the ‘localizationists’ The localizationists, also called ‘connectionists’, envisioned the parts of the brain that • they mapped out as a collection of ‘centers’ containing motor or sensory images, connected by bundles of nerve fibers which transmitted information from one to another (telephone switch-board model) and eventually to muscles. ✖ ¡ Severing specific connections ( ), e.g. between visual input and visual memory for letters, • could explain puzzles like patients who can write but not read (‘alexia without agraphia’). But it drastically oversimplified many cases. B ¡= ¡ Begriff ¡‘concept’ ¡(large ¡ ¡interconnected ¡set ¡ ¡ ¡of ¡memory ¡images) ¡ M ¡= ¡Motor ¡memory ¡ ✖ ¡ ✖ ¡images ¡for ¡arGculaGon ¡ m ¡= ¡motor ¡output ¡pathway ¡ ¡for ¡speech ¡ A ¡= ¡Auditory ¡sensory ¡images ¡ ¡for ¡word ¡sounds ¡ a ¡= ¡pathway ¡for ¡auditory ¡ ¡informaGon ¡ slide ¡based ¡on ¡Graves ¡(2009), ¡‘The ¡Legacy ¡of ¡the ¡Wernicke-­‑Lichtheim ¡Model’ ¡ 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 4 ¡

Complicated (but not rare!) cases Head (1926:179), clinical example Young o ffj cer, blunt trauma, left parieto-occipital region, “perpetually at • a loss for names”. Asked to name the color of a black patch: …people who are dead…the other people who are not dead, they have this color. “Choice of colours to oral command [was] slow.” – Explaining slowness of comprehension in terms of some kind of disconnection requires a lot of ad hoc apparatus! Pointed to matchbox on seeing printed word MATCHES, but unable to • get meaning from WATCH until he spotted a wall clock. When I look at that big one (clock) that helps me…If you say it to me, I see it at once; if you show it to me like that (printed) , I have to think, I don’t get the picture easily. – Information from seeing a printed word and seeing an object it can refer to - or a semantically/visually related object - have to combine for this patient to understand the word he is looking at. Localizationist brain model has no way to combine di fg erent types of information. 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 5 ¡

Many localizationists failed to apply the basic logic of troubleshooting complex systems If you have an amplifier not giving you normal sound and you see a loosely connected component, you can guess that that component is involved in delivering the sound. You don’t assume, without further evidence, that it’s the source of the sound. But many localizationists did the equivalent: if a disability was associated with a lesion (injury) in a particular area, they concluded that that area was responsible for that ability - e.g. ‘Exner’s center’, supposed to be ‘the location’ for reading. 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 6 ¡

Some localizationists got the logic right: Head (1926) expounds Arnold Pick: “When … he states that syntactical deficits [agrammatism] are caused by a lesion of the left temporal lobe, he does not mean that “grammatism”, or the correct use of syntax, is centred within this region. He implies solely that a lesion, situated in this part of the brain, can disturb the processes of normal speech in such a way that the phenomena of agrammatism become apparent.” But cautious, complex statements like this don’t make good sound bites. The people who made them were overshadowed by those who said confidently “Here is grammar, there is speech, over there is reading.” 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 7 ¡

No corpora, no ✖ ¡ linguistics • Apparently, no recordings were made of aphasic speakers. Working with aphasic speakers is not like field work with normal speakers. Aphasic speakers have much less control, can’t voluntarily ‘say it again’. Transcription on the fly is di ffj cult, especially with ‘fluent’ aphasic speakers like this person, VIDEO ¡HERE ¡ who were described by doctors as having ‘normal syntax’. ¡ “Normal” label was probably cued by use of formulaic expressions like § the ones in this clip: “Pretty good, actually…” “Yeah, I guess…” 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 8 ¡

Recording Speech Makes Linguistic Analysis Possible Stark & Dressler (1990) in Menn & Obler (eds.) Agrammatic Aphasia : Spoken ¡words ¡with ¡ Und ¡es ¡rinn-­‑t ⎦ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡der ¡Hahn ¡ ¡ ⎣ über ¡ morpheme ¡boundary ¡ ¡ markers ¡(-­‑ ¡ ⎦ ¡ ¡ ⎣ ) ¡ TranslaGon ¡with ¡ ¡ And ¡it ¡flow-­‑PRES,3SG ⎦ ¡ ¡ ¡the ¡faucet ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ⎣ over-­‑SEP ¡PREF ¡ ¡ labeled ¡grammaGcal ¡ morphemes ¡ Colloquial ¡equivalent ¡ ‘And ¡the ¡faucet ¡is ¡overflowing’ ¡ ¡ Target ¡picture: ¡water ¡is ¡running ¡from ¡faucet, ¡overflowing ¡a ¡sink. ¡ “Blend” ¡of ¡two ¡intenGons: ¡ ¡ The ¡faucet ¡is ¡running ¡ ¡+ ¡ ¡ The ¡water ¡is ¡overflowing ¡ 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 9 ¡

Measurement Makes Linguistic Analysis Possible • Reveals sub-perceptual variation— in principle inaccessible to transcription Building on techniques developed for medical • imaging (e.g., cardiac), real-time MRI allows imaging of global configurations of vocal tract (Narayaran et al. 2004). Example movie with articulator tracings. – Hagedorn et al. (2012): Real-time MRI of • apraxic repetition reveal covert gestures not visible in acoustic signal – Frame from /f/ in “federation,” heard and transcribed as [r]. – Imaging reveals labial closure is present, but is obscured, hard to hear because of the simultaneously produced /r/ gesture. 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 10 ¡

‘The Cognitive Revolution’: Psycholinguistics • Basic elements of mind/brain are complex computational processes manipulating structured mental representations. • Behavior reflects the coordinated interaction of these processes. Ø Complexity of component processes and interactions moved far beyond simple stimulus-response theories. Integrated into study of language disorders • – Marshall and Newcombe (1966) – Semantic errors (CANARY à “parrot”) reflect cognitive consequence of brain injury: Disrupted access to stored “lexical entries,” specifying syntactic, semantic categories and features (explicitly referencing proposal of Katz & Fodor, 1963) Freda ¡Newcombe, ¡1925-­‑2001 ¡ ¡ 3 ¡jan ¡2014 ¡ Menn ¡& ¡Goldrick, ¡LSA ¡1924-­‑2014 ¡ 11 ¡